CN105257463A - 一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其包括有浮体、发电机、绳轮、导绳器、绳索、潜标、导柱、配重，所述发电机和绳轮安装在浮体内上部，所述绳轮包括主绳轮和位于主绳轮两侧的副绳轮；所述绳索包括主绳索、副绳索，所述主绳索上端缠绕在主绳轮上，下端经导绳器后与潜标固连；所述副绳索为两根，对称设置在主绳索两侧，副绳索一端缠绕在副绳轮上，另一端绕过浮体上部的滑轮后向下依次穿过导绳器、潜标通孔后与配重固连；所述潜标位于导柱上部，所述导柱从配重中间方孔内穿过后，下端与海底的基石固连。本发明结构紧凑、成本低，能量捕获效率和发电效率高，具有双程发电功能，可在小波浪驱动下发电工作。

Description

一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统

技术领域

本发明涉及一种波浪能发电系统，具体是一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统。

背景技术

随着世界经济的高速发展，各国对能源的需求日趋增加。然而，常规化石能源不断减少，所引起的环境污染问题越发严重，这使得开发可再生清洁新能源迫在眉睫。波浪能是以动能形态出现的海洋能之一，利用海洋波浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染。由此，开发波浪能发电技术，能够缓解世界范围内能源紧张形势、改善地球环境、减少能源污染。

中国专利200810083910.5公布了一种浮体绳轮波浪能发电系统，该系统利用柔性绳索拉动绳轮转动，然后经棘轮、液压系统实现能量的汇集和传递，最后经发电机实现发电，在波浪回落阶段，发电系统利用蜗簧带动绳轮反转，以此将绳索收回。该系统抗风浪能力强，能量转换效率高，造价低，不依赖任何岸基设备。在中国专利200910160518.0涉及的浮体基绳轮海浪发电系统中，提供了如收绳装置收绳、泵自主收绳、传感器收绳等多种类型的收绳方式来将拉伸开的绳索重新收卷到绳轮上。上述收绳方式存在的问题是对绳索的拉力较小，当海流横向冲击浸在水中的绳索时，上述收绳方式无法保证绳索被拉直，在发电过程中，必须首先依靠浮体上升来拉直绳索再进行发电，这使得在小波浪海况下，系统发电效率严重降低。此外，在波浪回落阶段，上述收绳方式无法带动发电机轴反向转动进行发电。中国专利201310363311.X提出了一种水平竖直综合利用浮体绳轮波浪发电系统，该系统能够充分利用波浪在横向和纵向的能量，具有较高的能量捕获效率，但依然没有解决小波浪海况下发电效率低、无法双程发电的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述浮体绳轮型波浪能发电系统发电效率有待提高、仅能单程发电的问题，提供一种结构紧凑，能量捕获效率高，平均发电功率大，成本低，可双程发电的导柱式配重收绳浮体绳轮波浪能发电系统。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其包括有浮体、发电机、绳轮、导绳器、绳索、潜标、导柱、配重，所述发电机和绳轮安装在浮体内上部，所述发电机为两台可双程发电的低速永磁交流发电机，所述绳轮包括主绳轮和位于主绳轮两侧的副绳轮；所述绳索包括主绳索、副绳索，所述主绳索上端缠绕在主绳轮上，下端经导绳器后与潜标固连；所述副绳索为两根，对称设置在主绳索两侧，副绳索一端缠绕在副绳轮上，另一端绕过浮体上部的滑轮后向下依次穿过导绳器、潜标通孔后与配重固连；所述潜标位于导柱上部，所述导柱从配重中间方孔内穿过后，下端与海底的基石固连，所述配重可沿导柱轴向运动。

本发明所述发电机的转轴直接与绳轮轴固连，所述主绳索和副绳索在主绳轮、副绳轮上的缠绕方向相反。这样，在绳轮正、反转过程中，均能带动发电机发电。

本发明所述主绳轮和副绳轮的外径比例为3：1。这样，配重行程为浮体升降高度的4/3倍。为防止主绳索携带的海水腐蚀发电机，本发明将主绳轮安置于密封腔内。

本发明所述导绳器由方筒状支撑体和四套支撑轴、尼龙转筒构成，支撑轴穿过尼龙转筒的通孔，其中两套平行固定在方筒状支撑体上部，另外两套固定在方筒状支撑体下部，并与上部的两套成90度角。当绳索从四套支撑轴、尼龙转筒间穿过后，尼龙转筒可随绳索移动而转动，从而起到导向、防止绳索磨损的作用。

本发明所述配重由上端盖、中间体、下端盖、拉环、转轴、尼龙块和固定块构成，上端盖和下端盖分别固定在中间体两端，上端盖、中间体、下端盖中设有供方形导柱穿过的方孔，且上端盖、下端盖的方孔的各壁面与中间体的方孔壁面对齐；两个用于连接副绳索的拉环安装在上端盖上；上端盖和下端盖内部均布有四套转轴和尼龙块，转轴穿过尼龙块中心孔后放置于端盖面部的凹槽内，并用固定块夹固。这样，当导柱穿过配重的方形孔后，尼龙块可与导柱的各壁面接触，并随配重移动而转动，从而避免了导柱与配重碰撞。在配重沿导柱轴向运动时，为了减小海水阻力，上下端盖外形设计为锥状。

本发明的工作过程是：当浮体随波浪上浮时，主绳索拉动主绳轮正向转动，发电机产生电能，同时，一部分副绳索被缠绕在副绳轮上，配重受副绳索拉动而沿导柱上升；当浮体随波浪下降时，在配重拉动下，副绳轮将带动发电机轴反向转动，发电机产生电能，同时，主绳索被重新缠绕在主绳轮上，配重沿导柱下降；这样，在浮体往复升降过程中，发电机不断将波浪能转换为电能。本发电系统利用具有较大质量的配重来拉直绳索，有效避免了绳索松散、弯曲的问题，发电机轴直接与绳轮转轴固连，从而实现双程发电。本发明能量捕获效率高、平均发电功率大、结构紧凑、成本低，可在小波浪海况下发电工作。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明整体构成示意图。

图2是本发明中导绳器分解结构示意图。

图3是本发明中配重分解结构示意图。

图中标号为：1.浮体，2.密封腔，3.主绳轮，4.副绳轮，5.发电机，6.导绳器，7.主绳索，8.副绳索，9.潜标，10.导柱，11.配重，12.基石。6-1.支撑轴，6-2.尼龙转筒，6-3.方筒状支撑体；11-1.拉环，11-2.上端盖，11-3.中间体，11-4.下端盖，11-5.转轴，11-6.尼龙块，11-7.固定块。

具体实施方式

从图1中可以看出，一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其包括有浮体1、发电机5、绳轮、绳索、导绳器6、潜标9、导柱10、配重11等。所述发电机5为两台可双程发电的低速永磁交流发电机，所述绳轮包括主绳轮3和位于主绳轮两侧的副绳轮4。发电机5、主绳轮3和副绳轮4安装在浮体1内上部，三者转轴直接相连。所述绳索包括主绳索7、副绳索8。所述主绳索7上端缠绕在主绳轮3上，下端经导绳器6后与潜标9固连。副绳索8共两根，对称设置在主绳索两侧。其各自一端分别固定在两个副绳轮4上，另一端在副绳轮4上同向缠绕若干圈后，向上绕过浮体1上部的定滑轮，再向下经浮体1下部的导绳器和潜标9上的导绳器后，穿过潜标9的通孔与配重11相连。所述潜标9位于导柱10上部，所述导柱10从配重中间方孔内穿过后，下端与海底的基石12固连，所述配重11可沿导柱10轴向运动。

本发明所述两台低速永磁交流发电机的转轴直接与绳轮轴固连，这样，在绳轮正、反转过程中，均能带动发电机发电。主绳索7和副绳索8在主绳轮3和副绳轮4上的缠绕方向相反。主绳轮3和副绳轮4的外径比例为3：1，这样，在浮体1升降过程中，副绳索8缠绕到副绳轮4或从副绳轮4上展开的长度为浮体1升降高度的1/3，即配重11的行程为浮体1升降高度的4/3倍。为防止主绳索7携带的海水腐蚀主绳轮3和发电机5，本发明将主绳轮3安置在密封腔2内。

本发明为防止主绳索携带的海水腐蚀发电机，本发明将主绳轮安置于密封腔2内。如图1所示，

为防止导柱倾倒，本发明将具有较大浮力的潜标9置于导柱上部。所述潜标9开有两个用于穿过副绳索8的通孔，在两个通孔的上下端面处，均安装有为副绳索导向的导绳器6。

为防止绳索与其它部件碰撞磨损，本发明利用导绳器来为其导向。如图2所示，本发明所述导绳器6由方筒状支撑体6-3和支撑轴6-1、尼龙转筒6-2构成。所述方筒状支撑体6-3由槽钢加工，装配时，支撑轴6-1穿过尼龙转筒6-2的通孔，其中两套固定在方筒状支撑体6-3上部，另外两套固定在方筒状支撑体6-3下部，并与上部的两套成90度夹角。当绳索从四套尼龙转筒6-2间穿过后，尼龙转筒6-2可随绳索移动而转动，从而起到导向、防止绳索磨损的作用。

如图3所示，本发明所述配重11主要由上端盖11-2、中间体11-3、下端盖11-4、拉环11-1、转轴11-5、尼龙块11-6和固定块11-7构成。上端盖11-2和下端盖11-4分别固定在中间体11-3两端，上端盖11-2、中间体11-3、下端盖11-4中设有供方形导柱10穿过的方孔，且上端盖、下端盖的方孔的各壁面与中间体11-3的方孔壁面对齐。两个用于连接副绳索的拉环安装在上端盖上。拉环11-1固定在上端盖11-2上部端面上，装配时，拉环11-1与副绳索8连接。为了防止方形导柱10与配重11碰撞，在上端盖11-3和下端盖11-4内部均布有转轴11-5和尼龙块11-6，转轴11-5穿过尼龙块11-5中心孔后放置于端盖面部的凹槽内，并用固定块11-7夹固。这样，当导柱10穿过配重11的方形孔后，尼龙块11-6可与导柱10的各壁面接触，并随配重11移动而转动，从而避免了导柱10与配重11碰撞。在配重11沿导柱10轴向运动时，为了减小海水阻力，上下端盖外形设计为锥状。

本发明利用具有较大质量的配重11来拉紧副绳索8，以此避免副绳索8出现弯曲、松散状态，这样，即便在小波浪驱动下也可产生电能。此外，本发明利用两台低速永磁交流发电机5进行双程发电，即在浮体1上升和下降过程中，均能实现发电功能。当浮体1随波浪上升时，主绳索7拉动主绳轮3转动，主绳索7的一部分脱离主绳轮3而展开，同时，副绳索8的一部分被缠绕到副绳轮4上，配重11受副绳索8拉动而上移，该过程中，发电机轴随主绳轮3转动，发电系统产生电能。当浮体1随波浪下降时，配重11下移拉动副绳轮4反向转动，副绳索8缠绕部分脱离副绳轮4展开，同时，主绳索7被重新收卷到主绳轮3上，该过程中，发电机轴随副绳轮4反向转动，发电系统产生电能。这样，在浮体1往复升降过程中，发电系统不断将波浪能转换为电能。该系统结构紧凑、成本低，能量捕获效率和发电效率高，具备双程发电能力，特别适合在如中国北方波能密度低的海域使用。

Claims (6)

1.一种导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其特征是：其包括有浮体、发电机、绳轮、导绳器、绳索、潜标、导柱、配重，所述发电机和绳轮安装在浮体内上部，所述发电机为两台可双程发电的低速永磁交流发电机，所述绳轮包括主绳轮和位于主绳轮两侧的副绳轮；所述绳索包括主绳索、副绳索，所述主绳索上端缠绕在主绳轮上，下端经导绳器后与潜标固连；所述副绳索为两根，对称设置在主绳索两侧，副绳索一端缠绕在副绳轮上，另一端绕过浮体上部的滑轮后向下依次穿过导绳器、潜标通孔后与配重固连；所述潜标位于导柱上部，所述导柱从配重中间方孔内穿过后，下端与海底的基石固连，所述配重可沿导柱轴向运动。

2.根据权利要求1所述的导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其特征是：所述发电机的转轴直接与绳轮轴固连，所述主绳索和副绳索在主绳轮、副绳轮上的缠绕方向相反。

3.根据权利要求1所述的导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其特征是：所述主绳轮和副绳轮的外径比为3：1。

4.根据权利要求1所述的导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其特征是：所述导绳器由方筒状支撑体和四套支撑轴、尼龙转筒构成，支撑轴穿过尼龙转筒的通孔，其中两套平行固定在方筒状支撑体上部，另外两套固定在方筒状支撑体下部，并与上部的两套成90度角。

5.根据权利要求1所述的导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其特征是：所述配重由上端盖、中间体、下端盖、拉环、转轴、尼龙块和固定块构成，上端盖和下端盖分别固定在中间体两端，上端盖、中间体、下端盖中设有供方形导柱穿过的方孔，且上端盖、下端盖的方孔的各壁面与中间体的方孔壁面对齐；两个用于连接副绳索的拉环安装在上端盖上；上端盖和下端盖内部均布有四套转轴和尼龙块，转轴穿过尼龙块中心孔后放置于端盖面部的凹槽内，并用固定块夹固。

6.根据权利要求5所述的导柱式配重收绳浮体绳轮波浪发电系统，其特征是：所述上端盖、下端盖的外形为锥状。